專利名稱：試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，涉及一種進(jìn)行混凝土、鋼、木及其組合構(gòu)件受扭試驗(yàn)教學(xué)演 示及科學(xué)研究的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于教學(xué)和研究的試驗(yàn)系統(tǒng)一般至少包括二個部分，即(l)試驗(yàn)加載系統(tǒng)；(2)數(shù)據(jù)采集和 處理系統(tǒng)。此外還可能包括演示系統(tǒng)和相應(yīng)的試驗(yàn)方案。與受壓/拉/彎/剪作用下試件平面受 力不同，試件受扭屬于空間受力，研發(fā)試驗(yàn)裝置和進(jìn)行試驗(yàn)難度大大增加?，F(xiàn)有的裝置一般 固定試件一端于體積較大的混凝土板中，在另一端施加扭矩，如圖14所示。這類試驗(yàn)裝置有 如下不足(1)隨試驗(yàn)進(jìn)行，固定端發(fā)生轉(zhuǎn)動，出現(xiàn)裂縫，剛度降低，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)約束情況不 明，嚴(yán)重時端部可能先于試件中部破壞，造成試驗(yàn)失敗。(2)端部受力和變形復(fù)雜且難以量 測，造成后續(xù)的數(shù)值模擬也較困難。(3)對于混凝土構(gòu)件，需考慮合適的端部配筋以盡可能 實(shí)現(xiàn)固定端的較大扭轉(zhuǎn)約束。而對于鋼或木構(gòu)件如何約束，難度較大。(4)因需另外制作體 積較大的混凝土板，增加了試驗(yàn)費(fèi)用。(5) —般不能進(jìn)行反復(fù)扭距加載的試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有試驗(yàn)裝置存在的上述不足，本發(fā)明提供一種試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，針對矩形 的混凝土、鋼、木及其組合構(gòu)件，可承受單調(diào)扭距或反復(fù)扭距。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括試驗(yàn)加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，試驗(yàn)加載系統(tǒng)包 括支撐裝置、加載裝置，試件置于支撐裝置上方，且在試件兩端設(shè)置加載裝置對其加壓進(jìn) 行試件單調(diào)扭距或反復(fù)扭距試驗(yàn)。
進(jìn)一步，所述支撐裝置包括底座、支座，支座為固定于底座上的支撐試件。 所述支座為弧形支座，其包括相互配合的上、下兩部分，相接觸的兩部分的下部分接觸 面為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，上部分接觸面為外凸結(jié)構(gòu)，下部分的接觸面還開有放置滾珠的淺槽。 所述弧形支座上部分的板結(jié)構(gòu)寬度大于其下部分的立方體結(jié)構(gòu)。
所述弧形支座下部分通過夾具固定于底座上，其上部分通過連接件將試件連接固定于加載裝置與支座上部分之間。
所述弧形支座為兩個，分別位于試件兩端進(jìn)行固定。
所述加載裝置包括千斤頂、千斤頂上頂梁、千斤頂下墊板、工字拉梁、懸挑支撐板，工 字拉梁通過連接件將試件固定于拉梁與支撐裝置之間，拉梁兩端分別通過連接件下吊千斤頂 及千斤頂下墊板，千斤頂上頂梁通過連接件與懸挑支撐板相連，懸挑支撐板通過連接件連接 固定于底座上。
所述力B載裝置為兩個，對稱設(shè)置于試件兩端進(jìn)行加載。
所述連接件為螺桿，所述的工字拉梁兩端分別設(shè)有通孔，穿過通孔的水平螺桿兩端連接 豎向螺桿下吊千斤頂及千斤頂下墊板。
該試驗(yàn)加載系統(tǒng)還包括測角儀，其置于試件上測試試件扭轉(zhuǎn)角。
本發(fā)明將試件端部放置在摩擦作用很小的弧型支座上，在試件兩端對稱、同步、逐漸加
載，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件受力自平衡。
采用2個或4個千斤頂在兩端加載，可分別實(shí)現(xiàn)單調(diào)扭矩和反復(fù)扭矩。 所加荷載和試件反應(yīng)(應(yīng)變、轉(zhuǎn)角等)通過數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)自動采集存儲，用于試
驗(yàn)分析。
實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括試驗(yàn)加載系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。 試驗(yàn)加載系統(tǒng)設(shè)有剛度較大的鋼梁以形成底部臺座，鋼梁兩端側(cè)面共固定4個懸挑鋼板， 輔以轉(zhuǎn)換裝置以實(shí)現(xiàn)4個千斤頂拉/壓轉(zhuǎn)換。鋼梁2端各設(shè)置1個弧型支座，其下部分固定于 鋼梁上，上部分與試件固定相連，上下部分相對面設(shè)置淺凹槽，中間填以鋼球，這樣上下半 部之間借助鋼球滾動可實(shí)現(xiàn)摩擦作用很小的轉(zhuǎn)動。試件放置于弧型支座上部分并與千斤頂裝
置相連，通過試件兩端千斤頂拉壓組合作用，可以實(shí)現(xiàn)試件單調(diào)受扭或反復(fù)受扭。
數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括常規(guī)的工控機(jī)、通訊卡、顯示屏、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理軟件。
上述系統(tǒng)可應(yīng)用于試件受扭試驗(yàn)。其中，荷載類型包括單調(diào)扭矩、反復(fù)扭矩；試件可為 矩形的混凝土、鋼、木及其組合構(gòu)件。
由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是(1)試件的受力具有"兩端約束和受力對稱 明確"的特點(diǎn)，避免了設(shè)置固定端給試驗(yàn)帶來的困難。(2)不必制作體積較大的混凝土板構(gòu) 件，無需額外增加試驗(yàn)費(fèi)用。(3)裝置若進(jìn)一歩擴(kuò)展，易于實(shí)現(xiàn)多種試件類型在多種荷載作 用下的復(fù)合受力試驗(yàn)。


圖1為試件與加載系統(tǒng)三維示意圖。 圖2為圖1中a部分的局部放大圖。
4圖3為圖1中b部分的局部放大圖。
圖4為鋼梁、第一螺桿和懸挑支撐板詳圖。
圖5為弧形支座上部分的正立面圖。
圖6為弧形支座上部分的側(cè)立面圖。
圖7為弧形支座上部分的俯視圖。
圖8為弧形支座下部分的正立面圖。
圖9為弧形支座下部分的側(cè)立面圖。
圖IO為弧形支座下部分的俯視圖。
圖11為工字鋼拉梁的正立面圖。
圖12為工字鋼拉梁的側(cè)立面圖。
圖13為工字鋼拉梁的俯視圖。
圖14為目前常見的試件受扭試驗(yàn)裝置示意圖。
附圖標(biāo)記a試件及其固定裝置，b千斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置，l鋼梁，2第一螺桿，3懸挑 支撐板，4夾具(固定弧形支座下半部與鋼梁)，5弧形支座，6試件，7第二螺桿，8工字鋼 拉梁，9第三螺桿，IO第四螺桿，ll千斤頂下墊板，12千斤頂，13第五螺桿，14千斤頂上 頂梁，15測角儀。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明對試驗(yàn)加載系統(tǒng)做了兩點(diǎn)改進(jìn)， 一是取消固定端，試件兩端均采用千斤頂加載， 由此帶來的穩(wěn)定和不能自由轉(zhuǎn)動的問題，則通過設(shè)置弧形支座予以解決。這樣，目前一些試 驗(yàn)中因兩端不對稱加載而可能出現(xiàn)的固定端節(jié)點(diǎn)破壞現(xiàn)象不會出現(xiàn)。由于實(shí)現(xiàn)了兩端扭矩對 稱施加，從而可真實(shí)模擬實(shí)際工程中構(gòu)件自由受扭，受力明確，便于分析。二是制作千斤頂 加載轉(zhuǎn)換裝置，可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)扭距。
加載系統(tǒng)由豎向支座、試件及其固定裝置、千斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置3部分構(gòu)成。對于單調(diào) 扭距情況，試件兩端各有1個千斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置；而對于反復(fù)扭距情況，試件兩端各有2 個千斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置，共計4個。以下對3個部分分別介紹。
豎向支座包括兩個部分鋼梁1及其上通過第一螺桿2相連的懸挑支撐板3,構(gòu)成了千 斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置的豎向支座(第一個部分)；采用夾具4將弧形支座5下部分固定于鋼梁上， 構(gòu)成了試件及其固定裝置的豎向支座(第二個部分)。
試件及其固定裝置包括試件6、弧形支座5上部分、第二螺桿7、工字鋼拉梁8以及測角 儀15。試件放置在弧形支座5上部分后，通過第二螺桿7將工字鋼拉梁8與弧形支座5上半部連接，從而固定試件6的端部。測角儀15放置在試件6上表面，可測出試件的扭轉(zhuǎn)角?；?形支座5上部分與下部分相對部位均開有淺凹槽，內(nèi)填鋼珠。這樣，在試件扭轉(zhuǎn)時，支座以 滾動鋼珠的形式提供豎向支撐并可轉(zhuǎn)動，而在兩個水平方向無約束，從而解決了試件穩(wěn)定問 題并近似實(shí)現(xiàn)了試件支座的無摩擦自由轉(zhuǎn)動。
千斤頂及其轉(zhuǎn)換裝置包括第三螺桿9、第四螺桿10、千斤頂12、千斤頂上頂梁14、千斤 頂下墊板ll以及第五螺桿13。工字鋼拉梁8端部開孔，第三螺桿9穿過該孔，通過第四螺 桿10下吊千斤頂下墊板11和千斤頂12。第五螺桿13連接千斤頂上頂梁14以及懸挑支撐板 3，由于千斤頂上頂梁14、第五螺桿13和懸挑支撐3連為整體固定于鋼梁1上，這樣千斤頂 上頂梁14構(gòu)成了千斤頂?shù)姆戳?。故千斤頂加壓后，將以千斤頂上頂?4為反力端，拉動 工字鋼拉梁8的一端向下運(yùn)動，從而對試件端部施加扭矩。試件另一端的扭矩由對角千斤頂 施加，從而實(shí)現(xiàn)扭矩對稱加載。當(dāng)試件兩端千斤頂對角加載，可實(shí)現(xiàn)單調(diào)扭矩。若4個千斤 頂組合時，對角的2個為一組，每組交替進(jìn)行加載一卸載一加載，如此反復(fù)，可實(shí)現(xiàn)反復(fù)扭 矩。
所有鋼構(gòu)件可采用Q345鋼制作。
其中，對儀表的選取以符合下述條件為優(yōu)
千斤頂采用200kN。原則上，變化鋼構(gòu)件尺寸可采用相應(yīng)型號的千斤頂。 測角儀量程±20°，精度O.Ol。。 最大扭距40kN'm。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括試驗(yàn)加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其特征在于試驗(yàn)加載系統(tǒng)包括支撐裝置、加載裝置，試件置于支撐裝置上方，且在試件兩端設(shè)置加載裝置，對其加壓后進(jìn)行試件單調(diào)扭距或反復(fù)扭距試驗(yàn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的支撐裝置包括底座、支 座，支座為固定于底座上的支撐試件。
3、 如權(quán)利要求2所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述支座為弧形支座，其包括 相互配合的上、下兩部分，相接觸的兩部分的下部分接觸面為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，上部分接觸面為外凸 結(jié)構(gòu)，下部分的接觸面還開有放置滾珠的淺槽。
4、 如權(quán)利要求3所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的弧形支座上部分的板結(jié) 構(gòu)寬度大于其下部分的立方體結(jié)構(gòu)。
5、 如權(quán)利要求3所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的弧形支座下部分通過夾 具固定于底座上，其上部分通過連接件將試件連接固定于加載裝置與支座上部分之間。
6、 如權(quán)利要求5所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述弧形支座為兩個，分別位 于試件兩端進(jìn)行固定。
7、 如權(quán)利要求1所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的加載裝置包括千斤頂、 千斤頂上頂梁、千斤頂下墊板、工字拉梁、懸挑支撐板，工字拉梁通過連接件將試件固定于拉 梁與支撐裝置之間，拉梁兩端分別通過連接件下吊千斤頂及千斤頂下墊板，千斤頂上頂梁通過 連接件與懸挑支撐板相連，懸挑支撐板通過連接件固定于底座上。
8、 如權(quán)利要求7所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述加載裝置為兩個，對稱設(shè) 置于試件兩端進(jìn)行加載。
9、 如權(quán)利要求7所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的連接件為螺桿，所述的 工字拉梁兩端分別設(shè)有通孔，穿過通孔的水平螺桿兩端連接豎向螺桿，下吊千斤頂及千斤頂下 墊板。
10、 如權(quán)利要求1所述的試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于該試驗(yàn)加載系統(tǒng)還包括測角儀， 其置于試件上測試試件扭轉(zhuǎn)角。
全文摘要
一種試件受扭試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括試驗(yàn)加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，試驗(yàn)加載系統(tǒng)包括支撐裝置、加載裝置。試件置于支撐裝置上方，且在試件兩端設(shè)置加載裝置對其加壓試驗(yàn)。該支撐裝置包括底座、弧形支座，弧形支座固定于底座上支撐試件，其包括相互配合的上、下兩部分，上下部分對應(yīng)位置開有淺槽放置滾珠，可實(shí)現(xiàn)試件支座的無摩擦自由轉(zhuǎn)動。該加載裝置對稱設(shè)置于試件兩端，加載裝置兩側(cè)各設(shè)有千斤頂及作為反力端的千斤頂上頂梁。本發(fā)明的試件兩端千斤頂對角加載，可實(shí)現(xiàn)單調(diào)扭矩。若4個千斤頂組合時，對角的2個為一組，每組交替進(jìn)行加載—卸載—加載，如此反復(fù)，可實(shí)現(xiàn)反復(fù)扭矩，且避免了設(shè)置固定端而可能出現(xiàn)的固定端節(jié)點(diǎn)先破壞的不足。
文檔編號G01N3/22GK101603902SQ20091005434
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者瑋 崔, 峰 林, 顧祥林 申請人:同濟(jì)大學(xué)